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RÉSUMÉ
Le bruit et les vibrations du moteur perçu dans l’habitacle d’un véhicule passe par différents éléments, principalement par les tampons de suspension moteur (voie haute) et par les transmissions latérales (voie basse).L'essentiel de ces bruits et vibrations sont représentés par un bourdonnement, un grondement ou une présence. Leur diminution peut se faire soit par le traitement à la source (moteur), soit par le traitement des voies de transfert (supports moteur, transmissions latérales, caisse). Dans le cas des transmissions latérales, les leviers d’amélioration consistent à optimiser le dessin des arbres de liaison ou à installer un batteur sur ces derniers.
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Elian BARON : Ingénieur-Docteur - Expert Chaîne Cinématique - Renault Automobiles Guyancourt, France
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Shanjin WANG : Ingénieur-Docteur - Expert Acoustique Châssis - Renault Automobiles Guyancourt, France
INTRODUCTION
Les phénomènes vibro-acoustiques liés aux transmissions latérales peuvent être classés en trois catégories, selon que le rôle de la transmission est direct, indirect ou les deux à la fois.
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Rôle direct : l’excitation acoustique ou vibratoire se situe au niveau de la transmission elle-même. C’est le cas des phénomènes liés aux forces générées par les joints homocinétiques ;
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Rôle mixte : les excitations proviennent d’une part de la transmission et d’autre part d’une autre source, le moteur par exemple. C’est la combinaison de ces diverses excitations qui crée une gêne acoustique ou vibratoire ;
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Rôle indirect : l’excitation n’est plus située au niveau de la transmission, mais provient d’une autre source. C’est le cas par exemple du phénomène de bourdonnement, lorsqu’une fréquence propre du demi-arbre de roue vient amplifier une excitation moteur.
Les phénomènes dont la source se situe au niveau des transmissions sont traités en détail dans l’article [BM 2 596]. Dans cet article, on traite la catégorie « rôle indirect », plus précisément, les phénomènes vibro-acoustiques ressentis dans l’habitacle dont la source est le moteur et qui passent principalement par les tampons de suspension (voie haute) et par les transmissions latérales (voie basse).
En général, dans les véhicules équipés de moteurs à combustion interne, le bourdonnement, le grondement et la présence moteur représentent l’essentiel du bruit et des vibrations provenant de la source moteur.
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Bourdonnement moteur : c’est un bruit basse fréquence (20-200 Hz) qui s’apparente au bruit du vol d’un bourdon. Il provient directement de la combustion dans les cylindres et des forces d’inertie liées au mouvement de l’attelage mobile. Sa fréquence correspond à l’harmonique 2 de rotation-vilebrequin dans un moteur à 4 cylindres et à l’harmonique 1,5 de rotation vilebrequin dans un moteur à 3 cylindres. En général, le bourdonnement est la composante la plus forte en termes de niveau de vibration ;
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Grondement et présence moteur : ce sont des bruits ou vibrations de moyenne fréquence (200-800 Hz). Plus précisément, le grondement et la présence représentent respectivement les niveaux dans les octaves 250 Hz et 500 Hz, qui correspondent aux niveaux des harmoniques moteur supérieurs à ceux du bourdonnement.
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5. Conclusion
Les transmissions latérales jouent un rôle majeur sur certaines prestations vibro-acoustique ressenties dans l’habitacle d’une automobile. Ces prestations sont principalement de trois types :
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le bourdonnement bas régime (< 2 000 tr/min), lié à l’acyclisme moteur. L’acyclisme moteur se traduit par un couple pulsé au niveau du vilebrequin qui est amplifié par un mode de torsion de la chaîne cinématique. Ces vibrations parasites parviennent jusqu’aux roues puis sont transmises à la caisse du véhicule via le porte-moyeu, le porte-pivot et la suspension, ce qui génère du bruit dans l’habitacle. Pour améliorer le bourdonnement bas régime, la solution usuelle est de diminuer la raideur des transmissions latérales ;
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le bourdonnement haut régime (> 2 000 tr/min) est quant à lui lié au pilon moteur, donc à un mouvement en translation de ce dernier. Les transmissions latérales sont des voies de transfert qui peuvent être amplificatrices si leur premier mode de flexion croise l’harmonique principal moteur (H1,5 pour un moteur 3 cylindres et H2 pour un moteur 4 cylindres). Cette résonance crée une forte augmentation du niveau vibratoire au porte-fusée et là-encore, il y a génération de bruit dans l’habitacle. Pour diminuer le bourdonnement haut régime, il faut placer le premier mode de flexion des transmissions entre 250 et 320 Hz en jouant sur la nature de l’arbre de liaison (liaison tubulaire fort diamètre par exemple). Une autre possibilité est d’équiper la transmission d’un batteur adapté ;
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le grondement et la présence désignent des vibrations moteur dont les fréquences sont supérieures à celle du bourdonnement. Le grondement et la présence moteur désignent respectivement des vibrations moteur dans l’octave 250 Hz (175-352 Hz) et dans l’octave 500 Hz (353-707 Hz). Elles sont engendrées par les harmoniques supérieurs des excitations moteur, qui sont plus ou moins amplifiés par les modes de structure du GMP mais aussi par les modes des transmissions. Un batteur constitue là aussi est une solution efficace pour réduire le grondement et la présence.
Les transmissions latérales sont souvent équipées d’un batteur, utilisé pour « casser » une résonance due à la flexion de l’arbre de liaison (traitement du grondement ou de la présence moteur)...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VENIZELOS (G.) - Vibrations des structures. - Ellipses (2002).
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(2) - RAO (S.S.) - Mechanical vibrations. - Prentice Hall (2011).
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(3) - GRAHAM KELLY (S.) - Mechanical vibrations. - Cengage Learning (2012).
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(4) - WINKLER (K.) - Guidelines for optimizing vibration mass dampers. - SAE paper 880076 (1988).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Acyclisme des moteurs thermiques – Forces, couples et moments appliqués au moteur monocylindre.
-
Acyclisme des moteurs thermiques – Moteur à 4 cylindres et acyclisme en multicylindres.
-
Acyclisme des moteurs thermiques – Moteur à 3 cylindres et comparaison 3/4 cylindres.
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Acyclisme des moteurs thermiques – Modélisation linéaire de la chaîne cinématique.
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Phénomènes fondamentaux des vibrations des moteurs d’automobile.
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